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第一节卷封的基本原理及机构的设计第二节卷封机构的运动设计人既尽其才，则百事俱举；百事举矣，则富强不足谋也。第七章卷封机械第一节卷封的基本原理一、刚性、半刚性容器的几种封口形式前已述及,采用柔性材料包装物品,除手工袋装以外,多在有关设备的封口工位上完成粘封或热封,不需另设封口机。而采用刚性、半刚性包装容器(如金属罐、玻璃瓶、塑料瓶等),在完成物品的灌装、充填之后,一般需借助相应的封口机械进行封口,以使产品得以密封保存,并便于流通、销售和使用。根据刚性、半刚性容器的种类及其对产品的密封要求,常见的封口形式大体上有下列几种,如图7.1所示(前四种属于有封口材料的封口)：图7.1刚性、半刚性容器的几种封口形式(1)卷边封:将翻边的罐身与涂有密封填料的罐盖内侧周边互相钩合、卷曲并压紧而使容器密封。这种封口形式主要用于马口铁罐、铝罐等金属容器以及新近开发的复合罐。(2)压盖封:将内侧涂有密封填料的外盖压紧并咬住瓶身或罐身而使其密封。这种封口形式多用于玻璃瓶与金属盖组合的容器,如瓶装啤酒、瓶装酱菜等。(3)旋盖封:将螺纹盖旋紧容器口而使其密封。这种封口形式主要用于盖子为塑料或金属件,而罐身为玻璃、陶瓷、塑料或金属件组合的容器,如瓶装奶粉、牙膏管等。螺旋盖容易开启和密封,并能重复使用,应用相当广泛。(4)压塞封:将内塞压在容器口内而使其密封。这种封口形式主要用于软木塞或塑料塞与玻璃瓶密封的容器,如瓶装酒、瓶装麦乳精等。因内塞难以达到完全密封,通常还要辅以蜡封、旋盖封或压盖封。(5)折叠封:将包装容器的开口处压扁再进行多次折叠而使其密封。这种封口形式主要用于半刚性容器,如装填膏状物料的铝管等。通常折叠封口后常需压痕,以增强其密封效果。为了可靠地实现上述各种形式的封口作业,应根据具体条件适当地选用相应的专用机械。限于篇幅,本章仅着重阐述用于马口铁罐的卷边封口机(即通常所说的封罐机)。实际上,它已成为罐头食品工业的重要生产设备之一。图7.2GT4B2型卷边封口机示意图l-压盖杆,2-套简,3-弹簧,4-上压头固定支座,5、6-差动齿轮7-封盘,8-卷边滚轮,9-罐体,10-托罐盘,11-六槽转盘,12-盖仓13-分盖器,14-推盖板,15-推头图7.2所示为国内目前通用的GT4B2型卷边封口机的示意图。充填有物料的罐体,借装在推送链上的等间距推头15间歇地将其送入六槽转盘11的进罐工位(Ⅰ)。盖仓12内的罐盖由连续转动的分盖器13逐个拨出,并由往复运动的推盖板14有节奏地送至进罐工位罐体的上方。接着,罐体和罐盖被间歇地传送到卷封工位(Ⅱ)。这时,先由托罐盘10、压盖杆l将其抬起,直至固定的上压头定位后,用头道和二道卷边滚轮8依次进行卷封。然后,托罐盘和压盖杆恢复原位,已卷封好的罐头降下,六槽转盘再送至出罐工位(Ⅲ)。为了避免降罐时的吊罐现象,在压盖杆1与移动的套筒2间装有弹簧3,以便降罐前给压盖杆一定预压力。由于卷封工位没有孔道与真空稳定器和真空泵相通。因此,卷封作业可在真空状态下进行。本机的传动系统为电动机经三角带驱动主传动轴,经蜗杆—蜗轮驱动垂直分配轴,经螺旋齿轮驱动两对差动齿轮(即图7.2中件5、6),进而使卷封机构完成卷封运动。垂直分配轴下端再经螺旋齿轮驱动与水平分配轴相连的罐体、罐盖供送机构及六槽转盘。托罐盘与压盖杆的运动则分别由垂直分配轴的下、上糟凸轮控制。在垂直分配轴上端的蜗轮处配置一安全离合器,一旦出现卡罐等故障,则会使两分配轴停止运转。另外,从动三角带轮与主分配轴之间采用摩擦片传动(图中未示),它对整机起超载保护作用。图7.3更详细地表示了该机卷封机构的结构,长杆1的下端与压盖杆36钩形联接,必要时便于更换。压架2、压帽3分别与长杆l、滑套5固连,滑套由凸轮机构(图中未示)控制作上下运动。弹簧4的作用前已叙述。压头轴17由下顶帽11、上顶帽7、铜套9支承在机架8上,使上压头37固定不动。若需调节上压头的高低位置,可松开螺帽6,扳动压头轴上端方头部分即可。齿轮13经花健轴16、花键帽38使封盘28旋转。花键帽与封盘间为端面凹凸联接,只要松开螺帽34、压帽35,就能方便地取下封盘。齿轮15直接与中心齿轮22成端面凹凸联接,使中心齿轮以不同于封盘的速度旋转。卷封机构整个旋1-长杆,2-压架,3、35-压帽,4-弹簧,5-滑套,6、23、34-螺帽,7-上顶帽,8-机架,9-铜套,10-导向键,11-下顶帽,12、14、21-轴承,13、15-齿轮,16-花键轴,17-压头轴,18-上盖,19-托盘,20-顶盘,22-中心齿轮,24-调节蜗轮,25-封盘盖,26-行星齿轮,27-小轴,28-封盘,29-下盖,30-卷边滚轮,31-底盘,32—铜盘,33-滚针,36-压盖杆,37-上压头,38-花键帽图7.3GT4B2型卷边封口机卷封机构结构图二、马口铁罐的卷边封口(一)二重卷边的形成过程使罐体与罐盖的周边牢固地紧密钩合而形成的五层(罐盖三层、罐体两层)马口铁皮的卷边缝的过程,称作二重卷边。为了提高罐体与罐盖的密封性,在盖子内侧预先涂上一层弹性胶膜(如硫化乳胶)或其它填充材料。二重卷边大都采用滚轮进行两次滚压作业来完成。第一次作业又称头道卷边,如图7.4所示。在未卷边前的位置如实线所示,头道卷边结束后则如虚线所示。开始时,头道卷边滚轮首先靠拢并接近罐盖,接着压迫罐盖与罐体的周边逐渐卷曲并相互逐渐钩合。当沿径向进给3.2mm左右时,头道卷边滚轮立即离开,其时二道卷边滚轮继续沿罐盖的边缘移动,如图7.5所示。二道卷边开始位置如图(a)示,结束位置如图(b)示。二道卷边能使罐盖和罐体的钩合部分进一步受压变形紧密封合,其沿径向进给量为0.8mm左右。两次进给量共约4mm。由此可见头道和二道卷边滚轮的结构形状显然不同。通常,头道卷边滚轮的沟槽窄而深,而二道卷边滚轮的沟槽则宽而浅。图7.4头道卷边图7.5二道卷边为了形成二重卷边缝,作为执行构件的卷边滚轮,相对于罐身必须完成某种特定的运动。若卷封圆形罐,卷边滚轮相对罐身应同时完成两种运动,即周向旋转运动和径向进给运动。若卷封异形罐,卷边滚轮相对罐身应同时完成三种话动,即周向旋转运动、径向进给运动和按异形罐的外形轮廓作的仿型运动。为使罐盖与罐体的周边逐渐卷曲变形,每封一只罐身卷边滚轮需绕罐身旋转多圈(如GT4B2型的卷边滚轮每封一罐绕罐身转18圈),而实际的有效圈数(从触及罐盖开始真正用于卷封工艺的圈数)应由单位径向进给量来确定,一般取头道为每圈lmm左右,二道为每圈0.5mm左右。(二)卷边滚轮的运动分析(三)卷封机构的结构类型两道卷边滚轮相对罐身所作的卷边运动是由卷封机构来实现的,由于实现这种运动有多种组合方式,因而出现不同结构的卷封机构。1.完成周向旋转运动的两种结构形式(1)罐体与罐盖被固定不动,卷边滚轮绕其旋转。目前的卷边封口机大都属于这种结构形式,如GT4B2型卷封口机等。图7.6GT4B13型卷边封口机卷封机构示意图1-中心齿轮,2-行星齿轮,3-上转盘,4-摆杆5-固定凸轮,6-卷边滚轮,7-上压头8-下压头,9-下转盘(2)罐体与罐盖绕轴自转,而卷边滚轮不绕罐作周向旋转。如图7.6所示GT4B13型卷边封口机,罐体被紧夹在上、下压头7、8之间,并由行星齿轮2带动自转,从而完成相对于卷边滚轮6的周向旋转运动。这种结构虽较简单紧凑,但因罐体既有自转又有公转,若用于实罐卷封则其内装的液料形成旋转抛物面,易从罐口流出,从而限制了它的自转速度以及生产能力的提高。为简化分析,暂不考虑罐身加盖及其公转等的影响,欲保证内装液料不外溢,可根据流体力学的有关理论近似求出罐身的最高自转转速,供设计估算参考,即式中:—罐身的内半径;h—罐内的顶隙高度；g—重力常数。nmaxnghRhRnnmax6060Rn相应的最高生产能力Qmax近似可取为式中:j—卷边封口机的头数；n—根据卷封工艺要求,确定每封一罐所需的罐身自转数(如GT4B13型约为16r/pc.)。2.完成径向进给运动的三种结构形式(1)偏心套筒作原动件图7.7所示为GT4Bl型卷边封口机的卷封机构原理图。齿轮3、4在同轴齿轮2、1的带动下,以相同方向不同转速分别带动偏心套筒7和轴套5转动。轴套5又通过滑键10带动封盘6一起转动。封盘上装有头道卷边滚轮8和二道卷边滚轮9。由于封盘与偏心套筒有速差,使得封盘上的卷边滚轮相对于转轴(即罐体中心线)的距离不断变化,从而使卷边滚轮也产生了相应的径向进给运动。Qnjnmaxmax图7.7GT4Bl型卷边封口机卷封机构原理图1,2,3,4-齿轮,5-轴套,6-封盘,7-偏心套筒,8-头道卷边滚轮9-二道卷边滚轮,10-滑键图7.8GT4B2型卷边封口机卷封机构原理理l,2,3,4-齿轮,5-中心齿轮,6-行星齿轮,7-封盘,8-偏心销轴9-头道卷边滚轮,10-二道卷边滚轮(2)行星齿轮偏心销轴作原动件图7.8所示为GT4B2型卷边封口机的卷封机构原理图。齿轮3、4在同轴齿轮2、1的带动下,以相同方向不同转速分别带动中心齿轮5和封盘7转动。该封盘上均布着四只行星齿轮6,与封盘一起绕中心齿轮公转。由于封盘与中心齿轮存在速差,故形成差动轮系,遂使行星齿轮连同与其固联的偏心销轴8在公转的同时又作自转,从而使与偏心销轴铰支的卷边滚轮既能绕罐体作周向旋转,同时又能产生径向进给运动。其中,两只头道卷边滚轮9和两只二道卷边滚轮10,分别呈对称分布状态。(3)凸轮作原动件见前图7.6所示的GT4B13型卷边封口机,在卷边滚轮6随罐体绕中心齿轮l公转的过程中,由固定凸轮5通过摆杆4驱使卷边滚轮相对于罐体作径向进给运动。对于罐体被固定的卷边封口机,为使卷边滚轮能完成相对罐体的周向旋转及径向进给的复合运动,则不能再单独采用固定凸轮与摆杆作原动件,而得改用差速凸轮机构。其结构形式又可分为两种：①盘形凸轮摆动从动杆结构图7.9所示为GT4B6型卷边封口机的卷封机构原理图。齿轮3、4在同轴齿轮2、l的带动下,以相同方向不同转速分别带动封盘9及叠放的四只盘形凸轮5、6、7、8转动。图7.9GT4B6型卷边封口机卷封机构原理图l,2,3,4-齿轮,5-头道共额进给凸轮,6-二道共扼进给凸轮7-头道进给凸轮,8-二道进给凸轮,9-封盘,10-摆杆11-头道卷边滚轮,12-二道卷边滚轮其中5、6分别为头道、二道的共扼进给凸轮,7、8分别为头道、二道的进给凸轮。封盘上对称安装着一对头道卷边滚轮11和一对二道卷边滚轮12。由于封盘与凸轮有速差,凸轮就通过摆杆10驱动卷边滚轮作径向进给运动。②端面凸轮直动从动杆结构图7.10所示为GT4B7型卷边封口机的卷封机构原理图。该机共有四组卷封机构,图中除中心轴14、中心齿轮1和大转盘6外,仅表示了一组卷封机构。其中行星齿轮2由大转盘6带动绕中心轴14公转,在旋转轨道旁装一固定端面凸轮4,控制从动杆5作上、下往复运动,从而使轴套7沿滑键3也作上、下往复运动。通过凸轮斜块9控制摆杆10摆动,从而使卷边滚轮12完成径向进给运动。由于中心齿轮1与大转盘6之间存在速差,因此卷边滚轮又能完成绕罐的周向旋转运动。1-中心齿轮,2-行星齿轮,3-滑键,4-固定端面凸轮,5-直动从动杆,6-大转盘,7-轴套,8-封盘,9-凸轮斜块,10,11-摆杆12-卷边滚轮,13-靠摸凸轮,14-中心轴图7.10GT4B7型卷边封口机卷封机构原理图3.完成仿型运动的两种结构形式(1)以罐型靠模为作用件上图所示的GT4B7型卷边封口机,罐型靠模凸轮13固定不动,其周边形状与所要封口的异形罐相似或相同。当封盘8绕罐体旋转时,摆杆11受靠模凸轮13的控制而产生摆动。由于该摆杆铰支在封盘上又与另一摆杆10铰支在一起,从而使卷边滚轮12能完成确定的仿型运动。又如图7.11所示GT4B4型卷边封口机的卷封机构原理图,它也采用罐型靠模为作用件,以完成仿型运动。齿轮3、4在同轴齿轮2、1的带动下,以相同方向不同转速转动,并分别带动封盘6和盘形凸轮组5转动。该凸轮组共有四只凸轮,其中一对为头道共轭的进给凸轮,另一对为二道共轭的进给凸轮。